logo
FA 4/2022 okolice nauki

Jerzy Adelt

Inteligentna fabryka

O roli wynalazków w rewolucjach przemysłowych

Inteligentna fabryka 1

Źródło: Wikipedia

Czwarta rewolucja przemysłowa niedawno się rozpoczęła i będzie jeszcze jakiś czas trwała, podobnie jak poprzedzające ją rewolucje. W tej sytuacji polscy wynalazcy i przedsiębiorcy-innowatorzy mają szansę na wkład w jej rozwój.

Od drugiej dekady XXI w. w krajach rozwiniętych dokonuje się czwarta rewolucja przemysłowa. Określana jest jako czwarta, ponieważ poprzedzały ją trzy rewolucje przemysłowe. Różne były ich przyczyny społeczno-ekonomiczne, ale wydaje się uprawniona teza, że rewolucje te były możliwe dzięki powstaniu wynalazków w różnych dziedzinach techniki, które determinowały charakter rewolucji przemysłowych i ich skutki społeczno-ekonomiczne. W okresie pierwszej, drugiej i częściowo trzeciej rewolucji przemysłowej Polska nie była krajem w pełni suwerennym i niepodległym, z wyjątkiem dwudziestolecia międzywojennego 1919-1939, i z tego powodu jej udział w rozwoju technologicznym związanym z rewolucjami przemysłowymi był niewielki, ograniczony do osiągnięć kilku wybitnych jednostek. Brakowało polskiego kapitału i wsparcia państwa.

Pierwsza rewolucja przemysłowa rozpoczęła się w Anglii w drugiej połowie XVIII wieku, a zapoczątkowały ją wynalazki maszyn napędzanych parą, które znacznie usprawniły procesy wytwarzania przez zastąpienie pracy fizycznej pracowników i przyczyniły się do rozwoju przemysłu. Obejmował on przede wszystkim metalurgię żelaza, wytwarzanie tkanin, górnictwo, głównie węglowe, i spowodował znaczny spadek liczby pracujących w rolnictwie.

Druga rewolucja przemysłowa rozpoczęła się w drugiej połowie XIX wieku od wynalazków prądnic prądu stałego i zmiennego (obecnie przemiennego), silnika elektrycznego oraz sieci energetycznej dostarczającej prąd do odbiorców. Umożliwiło to wykorzystanie energii elektrycznej do oświetlenia i zasilania różnego rodzaju urządzeń, zastępując częściowo maszyny parowe. W tym okresie rozwinęła się również łączność telegraficzna i telefoniczna, a także powstały linie produkcyjne, np. linia produkcji samochodów Ford, co znacznie zwiększyło wydajność produkcji.

Początek trzeciej rewolucji przemysłowej to lata 60. XX wieku, kiedy upowszechniło się stosowanie komputerów, a zwłaszcza komputera osobistego PC w latach 70., i powstał Internet, czyli sieć połączeń między komputerami, a umożliwiło to stworzenie wielu usług internetowych, jak np. strony www, poczta elektroniczna, bankowość elektroniczna, radio i telewizja internetowa, telefonia internetowa, sklepy internetowe i wiele innych. W przemyśle nastąpił rozwój automatyzacji oraz powstała nowa dziedzina nauki – informatyka i jej szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle i życiu codziennym.

Inteligentna fabryka

Czwarta rewolucja przemysłowa, która rozpoczęła się w drugiej dekadzie XXI wieku, jest w pewnym stopniu kontynuacją trzeciej, ponieważ trudno sobie wyobrazić jej główne kierunki rozwoju oraz dziedziny nauki i techniki, których dotyczą rewolucyjne innowacje, bez komputerów i Internetu. Można także zauważyć związek między poprzednimi rewolucjami przemysłowymi. Zwłaszcza powstanie elektrowni wytwarzających prąd elektryczny dostarczany do odbiorców przez sieci energetyczne umożliwiło komputeryzację i stworzenie globalnej sieci Internetu.

Z kolei Internet stał się podstawą, na której rozwinęły się główne kierunki czwartej rewolucji przemysłowej, a więc cyfryzacja i przemysł 4.0., przy czym określenie rewolucja przemysłowa nie obejmuje moim zdaniem w pełni oddziaływania zmian nauki i techniki na procesy społeczno-ekonomiczne, co jednak jest oddzielnym tematem. Niewątpliwie można stwierdzić, że genezą rewolucji przemysłowych były przełomowe wynalazki techniczne, które powodowały rewolucyjne zmiany w przemyśle i innych dziedzinach życia.

Pojęcie przemysłu 4.0 powstało w Niemczech na początku drugiej dekady XXI wieku. Często używa się zamiennie pojęcia inteligentna fabryka (ang. smart factory). Przemysł 4.0 lub inteligentna fabryka może być określony przez cztery główne komponenty, tj. cyber-fizyczne systemy, Internet rzeczy, elementy (oprogramowanie i części budowy) systemu komputerowego dostępne na żądanie oraz kognitywne (poznawcze) i w chmurze obliczenia.

Systemy cyber-fizyczne składają się z maszyn, urządzeń (np. produkcyjnych), czujników oraz pracowników, połączonych ze sobą i komunikujących się przez Internet (rzeczy lub ludzi), co umożliwia wymianę informacji na bieżąco, np. dotyczących ilości oraz asortymentu wytwarzanych produktów w zależności od popytu, dostaw surowców i podzespołów oraz innych czynników mających wpływ na wielkość i rodzaj produkcji. Systemy takie są autonomiczne w działaniu, tj. podejmują decyzje i realizują zadania samodzielnie i tylko w wyjątkowych, nietypowych okolicznościach przekazują je na wyższy poziom zarządzania. Działanie inteligentnej fabryki jest możliwe dzięki takim innowacjom jak: smartfon, sieć 5G, Big Data, inteligentne czujniki, które również znajdują zastosowanie w inteligentnych domach (mieszkaniach), inteligentnych miastach czy autonomicznych pojazdach.

Obliczenia kognitywne i w chmurze, ogólnie rzecz ujmując, symulują funkcjonowanie mózgu ludzkiego, przy czym są zdolne do analizy dużej ilości danych, do wyciągania wniosków i uczenia się. Stanowią również pomoc dla ludzi przy podejmowaniu decyzji biznesowych i badaniu rynku.

Do ważnych trendów czwartej rewolucji przemysłowej należą inteligentna fabryka oraz predykcyjne utrzymanie ruchu urządzeń (ang. predictive maintenance), pozwalające na zdalną ocenę stanu technicznego maszyn i urządzeń i w razie potrzeby ich serwisowanie, druk 3D jako technologia zapewniająca niskie koszty produkcji oraz wiele różnych zastosowań, i inteligentne czujniki umożliwiające bezprzewodową łączność między urządzeniami systemów.

Prosperująca ludzkość

Czwarta rewolucja przemysłowa niedawno się rozpoczęła i będzie jeszcze jakiś czas trwała, podobnie jak poprzedzające ją rewolucje. W tej sytuacji polscy wynalazcy i przedsiębiorcy-innowatorzy mają szansę na wkład w jej rozwój. Z tego względu warto mieć wiedzę dotyczącą technologii i trendów tej rewolucji, gdyż wynalazki i innowacje w tych dziedzinach mogą przynieść największe korzyści. Oczywiście ze względu na wczesny etap tej rewolucji można tylko prognozować jej rozwój w przyszłości, ale takie próby są podejmowane. I tak np. w publikacji K. Schwab, The Fourth Industrial Revolution: what it means, how to respond (World Economic Forum, 29 June, 2017) przewiduje się, że będzie ona charakteryzowała się przełomowymi, innowacyjnymi zmianami w takich dziedzinach jak robotyzacja, sztuczna inteligencja, nanotechnologia, kwantowe obliczenia, biotechnologia, internet rzeczy, przemysłowy internet rzeczy, zdecentralizowany konsensus (zbiór zasad i technik umożliwiających zgodę uczestników sieci powiązań), technologie bezprzewodowe piątej generacji (5G), druk 3D czy w pełni autonomiczne pojazdy.

Wydaje się, że do dziedzin nauki i techniki, które w najbliższej przyszłości będą się rozwijały, należy zaliczyć odnawialne źródła energii, transport oparty na napędzie elektrycznym, wodorowym i hybrydowym oraz ogólnie technologie związane z ochroną środowiska.

Podobnie jak w przeszłości, po czwartej rewolucji przemysłowej w XXI wieku nastąpi piąta. Obecnie, w erze czwartej rewolucji, bardzo trudno przewidywać dominujące trendy piątej. Przewiduje się jednak, że będzie ona ukierunkowana na człowieka, a przemysł i biznes będą ewoluowały w kierunku „for-benefit” z obecnie dominującego „for-profit”, czyli nie tylko zysk będzie wskaźnikiem wartości i oceny przedsiębiorstw, ale również ESG, czyli ich działalność w zakresie ochrony środowiska, odpowiedzialności socjalnej oraz metod zarządzania. Działania w zakresie wynalazczości będą skierowane na kwitnącą, prosperującą ludzkość nie tylko tu i teraz, ale również w przyszłości.

Dr inż. Jerzy Adelt, UTW Politechniki Warszawskiej

Wróć